阅读说明：本技术 一种自密封的微纳流控芯片加工方法 (Self-sealing micro-nano fluidic chip processing method ) 是由 张琬皎 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自密封的微纳流控芯片加工方法。在玻璃或硅晶圆的基板上用纳米压印的方法制作由压印胶组成的微纳流道及其上的残余层,微纳流道上还包含有残余层；用反应离子刻蚀的方法去掉压印胶的残余层；用原子层沉积的方法,在基板和微纳流道上沉积一层二氧化硅SiO<Sub>2</Sub>或二氧化钛TiO<Sub>2</Sub>的沉积层；在微纳流道的两端部打孔分别作为液体试样的进口和出口；将基板放入高温加热炉中加热,使压印胶气化挥发,待压印胶完全挥发,将基板拿出获得芯片。本发明使得二氧化硅或二氧化钛与玻璃或硅基底紧密的结合在一起,实现极好的密封性,可以实现微米级、甚至纳米级高精度结构的加工,可以避免玻璃的高温变形及结构坍塌现象。(the invention discloses a method for processing a self-sealing micro-nano fluidic chip. Manufacturing a micro-nano flow channel consisting of imprinting glue and a residual layer on the micro-nano flow channel by using a nano imprinting method on a substrate of a glass or silicon wafer, wherein the micro-nano flow channel also comprises the residual layer; removing the residual layer of the imprinting glue by a reactive ion etching method; depositing a layer of silicon dioxide SiO on the substrate and the micro-nano flow channel by using an atomic layer deposition method 2 Or titanium oxide TiO 2 The deposited layer of (a); punching holes at two end parts of the micro-nano flow channel to be respectively used as an inlet and an outlet of a liquid sample; and (3) putting the substrate into a high-temperature heating furnace for heating, so that the imprinting glue is gasified and volatilized, and taking out the substrate to obtain the chip after the imprinting glue is completely volatilized. The invention leads the silicon dioxide or titanium dioxide and the glass or silicon substrate to be tightly combined together, realizes excellent sealing property, can realize the processing of micron-level or even nanometer-level high-precision structures, and can avoid the phenomena of high-temperature deformation and structure collapse of the glass.)

一种自密封的微纳流控芯片加工方法

技术领域

本发明涉及微纳流控芯片领域，尤其涉及一种自密封的微纳流控芯片加工方法。

背景技术

微纳流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测等基本操作集成到一块带有微米或纳米级流道的芯片上，自动完成分析的技术。近年来随着材料科学及微纳米加工技术所取得的突破性进展，微纳流控芯片也得到了迅速发展，应用也越来越广泛。目前微纳流控芯片已经应用在基因与蛋白质测序、疾病诊断、药物筛选等众多领域，逐渐成为系统生物学尤其系统遗传学重要的技术基础。

微纳流控芯片使用的液体试样量很少，这些液体试样必须很好的密封在芯片内部完成整个检测过程。因此，密封度(防止液体试样挥发的程度)成为一个评判微纳流控芯片质量的重要参数。常用的制作密封微纳流控芯片的方法是通过热键合或阳极键合方法将带有微纳流道的基板和玻璃盖板键合到一起。热键合需要在高温环境下完成，不仅耗能而且效率很低，特别是玻璃基底在高温加压键合过程中表面光滑度受损，微结构可能发生塌陷，成品率比较低。热键合更不能用于装有温度敏感剂、电极和波导管的芯片。

阳极键合也称静电键合，对玻璃材质要求较高，不适于广泛推广。本发明采用了一种全新的方法制作微纳流控芯片，直接制作出带有自封闭微纳流道的芯片，不需要在做好微纳流道后再与玻璃盖板进行键合。这种方法制作的微纳流道芯片密封性好，结构精度高，而且没有高温变形。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种自密封的微纳流控芯片加工方法，解决了微纳流控芯片使用的液体试样量很少的密封性问题和结构不稳定问题。

本发明所采用的技术方案是：

S1、如图1所示，在玻璃或硅晶圆的基板上用纳米压印的方法制作由压印胶组成的微纳流道及其上的残余层，微纳流道上还包含有残余层；

微纳流道上还预留设有液体进口和出口的其他结构。

S2、如图2所示，用反应离子刻蚀(reaction ionetching，RIE)的方法去掉压印胶的残余层；

S3、如图3所示，用原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)的方法，在基板和微纳流道上沉积一层二氧化硅SiO₂或二氧化钛TiO₂的沉积层；

S4、如图4所示，在微纳流道的两端部打孔分别作为液体试样的进口和出口；

S5、如图5所示，将基板放入高温加热炉中加热，使压印胶气化挥发，待压印胶完全挥发，将基板拿出获得芯片。

所述步骤S5中，加热温度是300-600摄氏度。

所述步骤S1中的纳米压印也可以用光刻加显影的方法代替。光刻加显影后会形成由光刻胶组成的微纳流道及所需的其他结构(比如液体试样进口和出口)。

所述步骤S2中的反应离子刻蚀也可以用电感耦合等离子体刻蚀(InductivelyCoupled Plasma，ICP)或等离子体去胶(plasma stripping)的方法代替。

所述步骤S3中的的原子层沉积也可以用等离子体增强化学的气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)的方法代替。

所述的微纳流道的两端部打孔是在沉积层上制作出两个通孔，两个通孔分别和微纳流道的两端部连通，两个通孔分别作为微纳流道的液体进口和出口。

本发明的优点和有益效果是：

1、密封性好。通过原子层沉积或等离子体增强化学的气相沉积方法，可以将二氧化硅或二氧化钛与玻璃或硅基底紧密的结合在一起，实现极好的密封性。

2、结构精度高。本发明使用的工艺(包括纳米压印，光刻，原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积、反应离子刻蚀、电感耦合等离子体或等离子体去胶)都是半导体行业的标准工艺，可以实现微米级、甚至纳米级高精度结构的加工。

3、没有高温变形。相对于最常用的热键合工艺，本发明使用的所有工艺温度都低于玻璃的软化温度，可以避免玻璃的高温变形及结构坍塌现象。

附图说明

图1为本发明方法步骤S1的实施示意图；

图2为本发明方法步骤S2的实施示意图；

图3为本发明方法步骤S3的实施示意图；

图4为本发明方法步骤S4的实施示意图；

图5为本发明方法步骤S5的实施示意图。

图中：基板1、微纳流道2、残余层3、沉积层4、打孔5、通孔6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例如下：

实施例1

用本发明所述的方法制作一款自密封的纳流控芯片，具体步骤如下：

1、在6寸玻璃晶圆上旋涂一层压印胶，用纳米压印设备将已有的模具压入压印胶内，压印胶经过紫外曝光后固化，再把模具与固化的压印胶分离。这样就把模具上的负向结构转移到了压印胶上，形成了由压印胶组成的所需的纳米流道结构。

具体参数如下表：

压印胶旋涂转数	5000转/分
		压印胶旋涂时间	40秒
紫外曝光时间	30秒

2、用反应离子刻蚀(RIE)的方法去掉压印胶的残余层。

具体参数如下表：

BCl3气体流量	60sccm
		SrcRF功率	1000W
BiasRF功率	300W
		刻蚀时间	30秒

3、用原子层沉积(ALD)的方法，在晶圆上沉积一层厚度约500纳米的二氧化硅SiO₂层。沉积温度为200℃。

4、用打孔器在液体试样进口和出口处打孔。

5、将晶圆放入高温加热炉中，在400℃下加热，使压印胶气化挥发。4小时后将晶圆取出。

6、将6寸晶圆切割成20mmx50mm大小的微流控芯片。

实施例1中用原子层沉积方法沉积的二氧化硅SiO2层与玻璃晶圆基底的表面层发生原子间化学反应，从而紧密结合，通过这样处理的原子间化学反应得到的“键合”比普通的热键合密封性好。用实施例1描述的方法制作的微流控芯片没有发现漏液问题。

在原子层沉积过程中，实施例1中用原子层沉积方法沉积的二氧化硅SiO2层可以精确地沿着压印胶的形貌进行沉积，新一层原子与之前一层的原子进行化学反应从而实现一层层的沉积，确保微流道的形貌不变。用实施例1描述的方法制作的微流控芯片中，微纳流道的形貌与压印胶的形貌和设计形貌一致，精度误差小于2％。

另外，整个制作过程中的沉积温度和加热温度都在400℃以下，远低于玻璃和二氧化硅SiO2的变形温度。因此用实施例1描述的方法制作的微流控芯片没有结构坍塌的现象。

实施例2

用本发明所述的方法制作一款自密封的微流控芯片，具体步骤如下：

1、在6寸玻璃晶圆上旋涂一层光刻胶，在光刻机上隔着光刻版进行曝光。光刻版上带有微流道的图案，图案处不透光其他地方透光。将带有光刻胶的玻璃在显影液中漂洗，被曝光的地方光刻胶被洗掉，只留下了由光刻胶组成的微流道结构。

具体参数如下：

光刻胶旋涂转数	3000转/分
		光刻胶旋涂时间	40秒
紫外曝光时间	10秒

2、用等离子体去胶(plasma stripping)的方法去除残胶。

具体参数如下：

氧气流速	100sccm
		氮气流速	30sccm
功率	100W
		去胶时间	100秒

3、用原子层沉积(ALD)的方法，在晶圆上沉积一层厚度约500纳米的二氧化硅SiO₂层。沉积温度为200℃。

4、用打孔器在液体试样进口和出口处打孔。

5、将晶圆放入高温加热炉中，在400℃下加热，使压印胶气化挥发。4小时后将晶圆取出。

6、将6寸晶圆切割成20mmx50mm大小的微流控芯片。

实施例2中用原子层沉积方法沉积的二氧化硅SiO2层与玻璃晶圆基底的表面层发生原子间化学反应，从而紧密结合，通过这样处理的原子间化学反应得到的“键合”比普通的热键合密封性好。用实施例2描述的方法制作的微流控芯片没有发现漏液问题。

在原子层沉积过程中，实施例2中用原子层沉积方法沉积的二氧化硅SiO2层可以精确地沿着压印胶的形貌进行沉积，新一层原子与之前一层的原子进行化学反应从而实现一层层的沉积，确保微流道的形貌不变。用实施例2描述的方法制作的微流控芯片中，微纳流道的形貌与压印胶的形貌和设计形貌一致，精度误差小于2％。

另外，整个制作过程中的沉积温度和加热温度都在400℃以下，远低于玻璃和二氧化硅SiO2的变形温度。因此用实施例1描述的方法制作的微流控芯片没有结构坍塌的现象。